Влияние генетической структуры на фенотипическое разнообразие генофонда австралийского манго (Mangifera indica)

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 20614 (2022) Цитировать эту статью

1049 доступов

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Геномная селекция — многообещающий метод селекции древесных культур, позволяющий ускорить выведение новых сортов. Однако такие факторы, как генетическая структура, могут создавать ложные ассоциации между генотипом и фенотипом из-за общей истории популяций с разными значениями признаков. Таким образом, генетическая структура может снизить точность сопоставления генотипа с картой фенотипа, что является фундаментальным требованием моделей геномного отбора. Здесь мы использовали 272 однонуклеотидных полиморфизма из 208 образцов Mangifera indica, чтобы выяснить, объясняет ли генетическая структура генофонда австралийского манго различия в окружности ствола, цвете и интенсивности румянца плодов. Множественный популяционно-генетический анализ указывает на наличие четырех генетических кластеров и показывает, что наиболее генетически дифференцированный кластер содержит образцы, импортированные из Юго-Восточной Азии (в основном из Таиланда). Мы обнаружили, что генетическая структура тесно связана с тремя признаками: окружностью ствола, цветом и интенсивностью румянца плодов у M. indica. Это говорит о том, что история этих образцов может привести к ложным ассоциациям между локусами и ключевыми фенотипами манго в генофонде австралийского манго. Включение такой генетической структуры в ассоциации между генотипом и фенотипом может повысить точность геномной селекции, что может помочь в будущем разработке новых сортов.

Садовые древесные культуры имеют жизненно важное значение для устойчивого производства продуктов питания1, а также для декоративного и промышленного использования. Древесные культуры со временем можно выращивать более устойчиво, чем однолетние полевые культуры, что помогает управлять запасами продовольствия для растущего населения мира2. Чтобы создать новые сорта плодовых деревьев с улучшенной продуктивностью и качеством, мы должны разработать технологии селекции, которые преодолевают биологические ограничения их производства. Тропические виды, такие как манго, часто бывают крупными и сильными3, что приводит к тому, что их кроны быстро перерастают пространство сада. Это создает тень, создавая питательную среду для болезней4. Чтобы избежать неблагоприятного воздействия размера деревьев, деревья традиционно сажают с низкой плотностью и ежегодно тщательно подрезают4, что приводит к снижению общего объема производства на гектар и увеличению затрат на единицу продукции. Следовательно, ведется работа по выведению более мелких и менее энергичных деревьев, сохраняя при этом высокие урожаи качественных фруктов5,6. Такие усилия позволят производить манго, которое можно будет выращивать в интенсивных садах с высокой плотностью застройки, дающих больше фруктов на гектар7.

Традиционная селекция деревьев идет медленно, поскольку оценки требуют оценки фенотипических характеристик взрослых деревьев на протяжении многих лет, чтобы учесть влияние переменных пространственных и временных условий на фенотипическое разнообразие. Эти оценки в сочетании с длительной ювенильной фазой (обычно 2–4 года4) могут привести к тому, что процесс отбора с момента посадки в поле продлится до или более 10 лет8, что сделает невозможным быстрое развитие новых сортов. Время разработки сорта можно сократить, прогнозируя будущие фенотипические характеристики молодых особей с помощью геномной селекции, как это было продемонстрировано на яблоках9, черешне10 и клубнике11. Геномная селекция использует карты генотипа и фенотипа обучаемой популяции для прогнозирования фенотипических вариаций в непроверенных популяциях с использованием маркерных данных12,13. Таким образом, как только будет создана модель геномного отбора, продолжительность и затраты на фенотипирование ключевых признаков могут быть сокращены. Таким образом, геномный отбор по размеру дерева и силе потомства может улучшить процесс селекции и снизить затраты на селекцию манго по сравнению с традиционными подходами к селекции.

Основное предположение геномной селекции состоит в том, что генетические маркеры тесно связаны на хромосоме с причинными локусами, которые вносят вклад в интересующий признак14. В целом, чем ближе маркер к причинным локусам, тем точнее карта генотипа фенотипа. Однако генетическая структура может создавать статистические ассоциации между локусами, которые физически не связаны. Это происходит потому, что эволюционные силы, такие как миграция, дрейф и мутации, могут сделать аллельные комбинации между несвязанными локусами более распространенными, чем случайно ожидалось15. Таким образом, генетическая структура может создавать ложные ассоциации между генетическими маркерами и признаками. Кроме того, генетическая структура часто преобладает у современных сельскохозяйственных культур, особенно у тех, которые перемещаются по миру в результате миграции людей, которые, вероятно, испытали резкие колебания численности популяции и пострадали от инбридинга после скрещивания генетически родственных особей с благоприятными признаками16.